植物学报 ›› 2024, Vol. 59 ›› Issue (4): 574-584.DOI: 10.11983/CBB24039 cstr: 32102.14.CBB24039
黄佳慧, 杨惠敏, 陈欣雨, 朱超宇, 江亚楠, 胡程翔, 连锦瑾, 芦涛, 路梅, 张维林*(), 饶玉春*()
收稿日期:
2024-03-11
接受日期:
2024-05-07
出版日期:
2024-07-10
发布日期:
2024-07-10
通讯作者:
*E-mail: wlzhangwhu@163.com; 饶玉春, 博士/博士后, 教授, 博士生导师, “双龙学者”特聘教授, 浙江省“高校领军人才培养计划”高层次拔尖人才(2022年), 金华市青年拔尖人才(2023年), 浙江省发明协会理事、植物遗传专业委员会副主任, 中国作物学会会员, 浙江省遗传学会会员。主要从事水稻等禾谷类作物的分子遗传学研究。以第一作者或通讯作者身份在Science Bulletin和New Phytologist等权威期刊上发表论文80余篇,以合作者身份在Nature Plants、Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America等杂志上发表论文30余篇。主持转基因国家重大专项子课题、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等科研项目。授权国家发明专利25项(第一完成人)。E-mail: ryc@zjnu.cn
基金资助:
Jiahui Huang, Huimin Yang, Xinyu Chen, Chaoyu Zhu, Yanan Jiang, Chengxiang Hu, Jinjin Lian, Tao Lu, Mei Lu, Weilin Zhang*(), Yuchun Rao*()
Received:
2024-03-11
Accepted:
2024-05-07
Online:
2024-07-10
Published:
2024-07-10
Contact:
*E-mail: wlzhangwhu@163.com; ryc@zjnu.cn
摘要: 以γ射线诱变籼稻双科早(Oryza sativa subsp. indica cv. ‘Shuangkezao’)获得的早熟鲜绿突变体pe-1为实验材料, 在三叶期和分蘖期进行弱光胁迫, 探讨pe-1与野生型在形态特征、非生物胁迫相关酶活性及其调控基因表达量、叶绿素含量、叶绿体合成与降解及光形态建成相关基因表达对弱光响应的差异。结果表明, 与野生型相比, 弱光胁迫后, pe-1叶片黄化程度显著降低, 株高和叶面积显著增加; 三叶期和分蘖期的叶片中不同叶绿素含量变化不同。此外, pe-1叶绿素含量增加, 且其抗氧化应激反应相关酶过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性及相关基因的表达量均高于野生型, 表明在弱光胁迫下pe-1活性氧清除能力增强, 适应能力更强。pe-1的光形态建成相关基因表达量高于野生型, 表明弱光处理下pe-1的光接收能力更强。综上, pe-1突变体具有抵御弱光胁迫的潜力, 该结果有助于耐弱光水稻品种的选育。
黄佳慧, 杨惠敏, 陈欣雨, 朱超宇, 江亚楠, 胡程翔, 连锦瑾, 芦涛, 路梅, 张维林, 饶玉春. 水稻突变体pe-1对弱光胁迫的响应机制. 植物学报, 2024, 59(4): 574-584.
Jiahui Huang, Huimin Yang, Xinyu Chen, Chaoyu Zhu, Yanan Jiang, Chengxiang Hu, Jinjin Lian, Tao Lu, Mei Lu, Weilin Zhang, Yuchun Rao. Response Mechanism of Rice Mutant pe-1 to Low Light Stress. Chinese Bulletin of Botany, 2024, 59(4): 574-584.
Component | Volume (μL) |
---|---|
500 ng∙µL-1 cDNA | 1 |
10 µmol∙L-1 forward primer | 1 |
10 µmol∙L-1 reverse primer | 1 |
ddH2O | 2 |
2× SYBR Mix | 5 |
表1 PCR反应体系
Table 1 PCR reaction system
Component | Volume (μL) |
---|---|
500 ng∙µL-1 cDNA | 1 |
10 µmol∙L-1 forward primer | 1 |
10 µmol∙L-1 reverse primer | 1 |
ddH2O | 2 |
2× SYBR Mix | 5 |
Reaction temperature (°C) | Function | Reaction time | Cycle number |
---|---|---|---|
95 | Predegeneration | 5 min | 1 |
95 | Denaturation | 39 | |
55 | Annealing | ||
72 | Extension | ||
72 | Final extension | 10 min | 1 |
15 | Hold | Indefinite | 1 |
表2 PCR反应程序
Table 2 PCR reaction procedure
Reaction temperature (°C) | Function | Reaction time | Cycle number |
---|---|---|---|
95 | Predegeneration | 5 min | 1 |
95 | Denaturation | 39 | |
55 | Annealing | ||
72 | Extension | ||
72 | Final extension | 10 min | 1 |
15 | Hold | Indefinite | 1 |
Traits | Primer name | Forward primer (5′-3′) | Reverse primer (5′-3′) |
---|---|---|---|
OsActin | TGGCATCTCAGCACATTCC | TGCACAATGGATGGGTCAGA | |
Chloroplast synthesis | LOC_Os03g20700 | GGGAACTTGGCGTTTCATTA | TCAAATGTCTTGCGTTGCTC |
and degradation | LOC_Os03g59640 | AAAGAATGGCTCGAAAAGCA | GCCACCACATGGTAGCTTCT |
LOC_Os08g06630 | TGGATCAACAAGCATTTCCA | GACAACCCGAATTGTCTGCT | |
LOC_Os03g19510 | GACCCGTGGAGGATGATATG | GCTGTATCGCTTCCCTTTTG | |
LOC_Os03g27770 | ACCGACGTCGCCTATGTTTA | TATAGCCACCCCTCCAGTTG | |
LOC_Os05g28200 | AAGCAGAATGGATGGATTGG | GAGTGACTGAAGCCCCAGAG | |
LOC_Os03g45194 | TGGTGCAACGAAGAGAAGTG | ACGAGATAATCCGCAACCAC | |
LOC_Os06g07210 | AAGCAAATCTGCTGGAGGAA | AAAAATATCCGCATGCCAAG | |
Enzyme activity | LOC_Os02g02400 | GGCGTCAACACCTACACCTT | GTCGAACCTCTCCTCCTCCT |
LOC_Os06g51150 | GTGAATGCACCAAAATGTGC | CCAGCCTGTTGGAAATTGTT | |
LOC_Os03g03910 | CCACCACAACAACCACTACG | AGTGCGTCGATCCATCTCTT | |
LOC_Os03g57220 | CCTCTGGAGCTGAGGATGAG | CCCTGGCTGTTGCATACTCT | |
LOC_Os04g53210 | GGCTGAATTGGCTGGTTTTA | GTCCGTCCAAGACAGAGAGC | |
LOC_Os07g05820 | ATTGCGCTTACGGTGGATAC | GATCACTCCCTTCACCAGGA | |
LOC_Os01g17260 | GGAAGACACCAGCTGAGAGG | CAAGAGACCCAGCCAATGTT | |
Photomorphogenesis | LOC_Os05g11510 | GAGCCACGCGTACTTCTTCT | GGTGGTCGCTCTTGGATG |
LOC_Os02g10860 | GCCAAAAAGCTCTCATGGTC | GGAAGGAGAAGGGATCGAAG | |
LOC_Os03g51030 | AAGAGCTTGCCTTGGAATGA | GGGACAGTTGCTGTTTCCAT | |
LOC_Os03g19590 | CTCGCCTACTCCGAGAACAC | AGGATGGCGTAGAAGGGTTT | |
LOC_Os02g36380 | CGTCTACGTCAGAGGCATCA | CTTCCCAGCCTGTTGTCAAT | |
LOC_Os04g37920 | GATGAAGCAGCTTGTGTGGA | AACAAGGGGGTAACCAGTCC | |
LOC_Os06g40080 | TCAAGGAACAGGGTCACACA | TGCCCTCCCATTTGTAGAAC |
表3 qRT-PCR所用引物序列
Table 3 Primer sequences for qRT-PCR
Traits | Primer name | Forward primer (5′-3′) | Reverse primer (5′-3′) |
---|---|---|---|
OsActin | TGGCATCTCAGCACATTCC | TGCACAATGGATGGGTCAGA | |
Chloroplast synthesis | LOC_Os03g20700 | GGGAACTTGGCGTTTCATTA | TCAAATGTCTTGCGTTGCTC |
and degradation | LOC_Os03g59640 | AAAGAATGGCTCGAAAAGCA | GCCACCACATGGTAGCTTCT |
LOC_Os08g06630 | TGGATCAACAAGCATTTCCA | GACAACCCGAATTGTCTGCT | |
LOC_Os03g19510 | GACCCGTGGAGGATGATATG | GCTGTATCGCTTCCCTTTTG | |
LOC_Os03g27770 | ACCGACGTCGCCTATGTTTA | TATAGCCACCCCTCCAGTTG | |
LOC_Os05g28200 | AAGCAGAATGGATGGATTGG | GAGTGACTGAAGCCCCAGAG | |
LOC_Os03g45194 | TGGTGCAACGAAGAGAAGTG | ACGAGATAATCCGCAACCAC | |
LOC_Os06g07210 | AAGCAAATCTGCTGGAGGAA | AAAAATATCCGCATGCCAAG | |
Enzyme activity | LOC_Os02g02400 | GGCGTCAACACCTACACCTT | GTCGAACCTCTCCTCCTCCT |
LOC_Os06g51150 | GTGAATGCACCAAAATGTGC | CCAGCCTGTTGGAAATTGTT | |
LOC_Os03g03910 | CCACCACAACAACCACTACG | AGTGCGTCGATCCATCTCTT | |
LOC_Os03g57220 | CCTCTGGAGCTGAGGATGAG | CCCTGGCTGTTGCATACTCT | |
LOC_Os04g53210 | GGCTGAATTGGCTGGTTTTA | GTCCGTCCAAGACAGAGAGC | |
LOC_Os07g05820 | ATTGCGCTTACGGTGGATAC | GATCACTCCCTTCACCAGGA | |
LOC_Os01g17260 | GGAAGACACCAGCTGAGAGG | CAAGAGACCCAGCCAATGTT | |
Photomorphogenesis | LOC_Os05g11510 | GAGCCACGCGTACTTCTTCT | GGTGGTCGCTCTTGGATG |
LOC_Os02g10860 | GCCAAAAAGCTCTCATGGTC | GGAAGGAGAAGGGATCGAAG | |
LOC_Os03g51030 | AAGAGCTTGCCTTGGAATGA | GGGACAGTTGCTGTTTCCAT | |
LOC_Os03g19590 | CTCGCCTACTCCGAGAACAC | AGGATGGCGTAGAAGGGTTT | |
LOC_Os02g36380 | CGTCTACGTCAGAGGCATCA | CTTCCCAGCCTGTTGTCAAT | |
LOC_Os04g37920 | GATGAAGCAGCTTGTGTGGA | AACAAGGGGGTAACCAGTCC | |
LOC_Os06g40080 | TCAAGGAACAGGGTCACACA | TGCCCTCCCATTTGTAGAAC |
图1 水稻叶片生理表型 (A) 三叶期叶色对比(bar=1.2 cm); (B) 分蘖期叶色对比(bar=2 cm); (C) 三叶期叶片二氨基联苯胺(DAB)染色(bar=1.2 cm); (D) 分蘖期叶片DAB染色(bar=2 cm); (E), (F) 三叶期叶绿体自发荧光(箭头所示) (bars=25 μm); (G), (H) 分蘖期叶绿体自发荧光(bars=100 μm)。WT: 野生型
Figure 1 Physiological phenotype of rice leaves (A) Comparison of leaf color at the trilobal stage (bar=1.2 cm); (B) Comparison of leaf color at the tillering stage (bar=2 cm); (C) Diaminobenzidine (DAB) staining of leaves at the trilobal stage (bar=1.2 cm); (D) DAB staining of leaves at the tillering stage (bar=2 cm); (E), (F) Arrows indicate chloroplast autofluorescence at the trilobal stage (bars=25 μm); (G), (H) Chloroplast autofluorescence at the tillering stage (bars=100 μm). WT: Wild type
图2 弱光胁迫后三叶期水稻株高、叶长和叶宽 ** P<0.01 (Student’s t检验)
Figure 2 Plant height, leaf length and leaf width of rice in the trilobal stage after low light stress ** P<0.01 (Student’s t-test)
图3 弱光胁迫下水稻叶片抗氧化酶系统 (A)-(D) 三叶期; (E)-(H) 分蘖期。* P<0.05; ** P<0.01 (Student’s t检验)
Figure 3 Antioxidant enzymes of rice leaves under low light stress (A)-(D) At the trilobal stage; (E)-(H) At the tillering stage. * P<0.05; ** P<0.01 (Student’s t-test)
图4 水稻酶活性相关基因表达差异 (A) 三叶期; (B) 分蘖期。* P<0.05; ** P<0.01 (Student’s t检验)
Figure 4 Differences in the expression of enzyme activity related genes in rice (A) At the trilobal stage; (B) At the tillering stage. * P<0.05; ** P<0.01 (Student’s t-test)
图5 弱光胁迫下水稻叶绿素含量变化 (A)-(D) 三叶期; (E)-(H) 分蘖期。* P<0.05; ** P<0.01 (Student’s t检验)
Figure 5 Changes in chlorophyll content of rice under low light stress (A)-(D) At the trilobal stage; (E)-(H) At the tillering stage. * P<0.05; ** P<0.01 (Student’s t-test)
图6 水稻叶绿体合成与降解相关基因表达差异 (A) 三叶期; (B) 分蘖期。* P<0.05; ** P<0.01 (Student’s t检验)
Figure 6 Differences in the expression of genes related to chloroplast synthesis and degradation in rice (A) At the trilobal stage; (B) At the tillering stage. * P<0.05; ** P<0.01 (Student’s t-test)
图7 水稻光形态建成相关基因表达差异 (A) 三叶期; (B) 分蘖期。* P<0.05; ** P<0.01 (Student’s t检验)
Figure 7 Differences in the expression of genes related to photomorphogenesis in rice (A) At the trilobal stage; (B) At the tillering stage. * P<0.05; ** P<0.01 (Student’s t-test)
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